ABB去離子罐Q-0730-A現貨供應
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前景展望 有助破解宇宙起源之謎
愛因斯坦預言過反物質的存在。發生爆炸并產生巨大能量。
反物質的發現，使人們聯想上世紀許多不解之謎，其中為*的莫過于“通古斯大爆炸”。1908年6月30日凌晨，俄羅斯西伯利亞通古斯地區遭遇從天而降的“火球”，大片原始森林頃刻化為灰燼。至于爆炸起因，一些人推斷是小行星撞擊，一些人猜想是反物質所致“湮滅”。
深入研究反物質，是解開宇宙起源之謎的重要環節。
“我們希望查明，物質與反物質之間是否存在某些我們尚不知道的區別，”杭斯特說，“這種區別或許存在于更基本層面，或許牽連宇宙起源時某些高能量活動。”
“這就是為什么能夠‘抓住’它們（反物質）是這般重要，因為我們需要時間研究它們。”
。反物質研究在高能物理、宇宙演化等方面具有重要意義，同時也具有重要應用，比如正電子斷層掃描成像（PET）在癌癥診斷等方面已廣泛應用。
動態發展
神秘“反物質”或許將成為人類的“末日武器”。通過大型強子對撞機，他們已經俘獲了少量的“反物質”，盡管只是少量的反氫原子而已，但已被科學界視為人類研究反物質過程中的一次重大突破。
存在時間是關鍵
實際上，早在1995年，歐洲核子研究中心就*制造出了9個反氫原子。但反氫原子只要與周圍環境中的正氫原子相遇就會湮滅，因此實驗室中造出來的反氫原子稍縱即逝，科學家們根本無從研究它的真面目。2002年，歐洲核子研究中心的實驗進一步表明，反氫原子可以大量制造，但如何讓它們存在時間長一點仍是難題。
因此，這次實驗成果的突破就在于，人工制造的38個反氫原子存在了大約0．17秒。這個時間在普通人看來也許非常短，但對科學家來說，已比先前有了實質性的延長，足夠他們進行較為深入的觀察和研究。
利用磁場作“陷阱”
歐洲核子研究中心介紹說，這次之所以能夠將反氫原子捕獲長達0．17秒，要歸功于一種特殊的磁場。 在實驗室中，反氫原子是在真空環境里制造出來的，正常情況下瞬間就會與正物質發生湮滅并消失。而這個強大而復雜的磁場會像陷阱一樣“拖延時間”，使反氫原子與正物質的接觸稍作延緩。實驗顯示，利用這種磁場，可以將“牽制”反氫原子的時間延長到十分之一秒的量級，這對于觀察研究反氫原子來說已經“足夠長”。
終，歐洲核子研究中心在制造出的數以千計的反氫原子中，成功地使其中的38個存在了大約0．17秒。
科學家稱，研究反物質，之所以選擇氫原子入手，是因為氫原子只包含一個質子和一個電子，是簡單的原子，因此被看做是物理學領域的研究對象。
反物質研究的重要一步
盡管這只是在實驗室中制造并短暫捕捉到反物質原子，但科學界仍然歡欣鼓舞，認為這是物理學領域的一次突破，距離反物質的“真相”又“近了一步”。
刊登這一研究成果的英國《自然》雜志稱，成功“捕捉”反氫原子后，通過比較反物質和正物質，科學家們就可以測試粒子物理學“標準模型”中核心的基本對稱理論。歐洲核子研究中心主任羅爾夫·霍伊爾在17日發布的一份新聞公報中說，“這是反物質研究領域的重要的一步。”
“抓住”反物質達千秒
歐洲核子研究中心的科研人員在2011年6月5日在英國《自然·物理》雜志上報告說，他們成功地將反氫原子“抓住”長達一千秒的時間，也就是超過16分鐘，這有利于對反物質性質進行精確研究。反氫原子是普通氫原子對應的反物質形態。反物質與普通物質相遇就會湮滅，此前制造出的反氫原子往往只能存在幾微秒的時間。2010年11月，歐洲核子研究中心利用反氫原子微弱的磁性，*成功地用“磁場陷阱”束縛住了反氫原子，時間達172毫秒。 5日發表的新研究在束縛時間上取得了巨大突破。科學家在論文中說，他們在這一輪研究中，先后用磁場陷阱抓住了112個反氫原子，時間從1/5秒到一千秒不等。分析還顯示，這次抓住的反氫原子大多數處于基態，也就是能量低、穩定的狀態。這有可能是人類迄今*制造出的基態反物質原子。如果能讓反物質原子在基態存在10分鐘到30分鐘，就可以滿足大多數實驗的需要。
在這一輪研究中，科學家單次多一次抓住了3個反氫原子。他們希望能將更多的反氫原子束縛較長時間，使測量數據在統計上更加精確。反物質是由反粒子組成的物質，反粒子的質量等特性與組成普通物質的粒子相同，但電荷等特性相反。氫原子由一個帶負電的電子和一個帶正電的質子構成，反氫原子則與它正好相反，由一個帶正電的正電子和一個帶負電的反質子構成。
反物質至今都是物理學領域的一大謎團?，F有理論認為，在宇宙誕生的大爆炸中產生了數量相等的物質和反物質。但在人們觀察到的宇宙中，物質占主導地位。研究反物質原子的特性、比較它們與普通原子在物理規律上是否對等，可能有助于解開上述疑點。
反氦4
由多位中國科學家參加的美國布魯克海文國家實驗室RHIC-STAR合作組探測到氦核的反物質粒子——反氦核。這種新型粒子又名反阿爾法粒子（α粒子），是迄今為止所能探測到的重的反物質原子核。STAR合作組的該研究成果在線發表在《自然》（Nature）雜志。
位于紐約長島的美國布魯克海文國家實驗室的相對論重離子對撞機(RHIC)利用兩束接近于光速的金核對撞來模擬宇宙大爆炸，產生類似于早期宇宙的物質形態。這種劇烈的碰撞產生大約等量的夸克和反夸克物質，其中一部分穩定的反物質可以在與正物質湮滅之前在STAR探測器中留下清晰的信號。 [3]
STAR合作組是由來自12個國家的54家科研單位組成，其中STAR中國合作組成員包括*上海應用物理研究所、中國科學技術大學、*近代物理研究所、清華大學、華中師范大學、山東大學等。由中國國家自然科學基金委、*、*與美國能源部共同出資研制，并于2009年安裝在STAR探測器上的“大型飛行時間探測裝置”（TOF），在反物質氦4的鑒別過程中發揮了關鍵作用。中美TOF合作項目聯人美國加州大學洛杉磯分校黃煥中教授說：“尋找反物質氦4和其他奇異物質是TOF項目立項的物理目標之一。我們不僅出色完成了硬件裝置，而且此發現為實現TOF的物理目標開啟了一個很好的開端。”
上海應用物理所研究員、STAR中國合作組召集人馬余剛說，中國科學家隊伍在這個重要的科學發現中作出了杰出的貢獻。一方面，該發現依賴于中國合作組研制的性能優異的大型飛行時間探測器；另一方面，該發現得益于布魯克海文國家實驗室的物理學家唐愛洪（文章投稿作者）帶領的團隊利用“高階觸發”技術，使得我們能夠在海量的實驗數據中實時挑選出含有反物質氦4的碰撞事例。在利用這個技術尋找反氦4的過程中，上海應用物理所博士生薛亮和近代物理所博士生仇浩等作出了突出的貢獻。 [4]
國家自然科學基金委副主任沈文慶院士評價說，在人類尋找反物質的艱辛歷程中，老一輩的中國科學家在這個領域作出了許多杰出的工作，包括已故科學家趙忠堯院士在1930年觀測到了由狄拉克預言的反電子跡象和王淦昌院士的研究小組在1960年發現了反西格馬負超子等。這次STAR合作組的反氦4重要發現是繼發現反物質超氚核后的又一具有重要里程碑意義的突破性進展，而在這兩個重要的科學發現中我國的核物理學家隊伍都起到了極為關鍵的作用，突顯了基于大科學基礎研究的合作的重要性。 [5]
時空扭曲效應
據國外媒體報道，英國華威大學的物理學家從星系旋轉的角度入手，建立了一個涵蓋整個星系時空模型，旨在解釋粒子物理學中的一個突出的難題：為什么在宇宙誕生之初，物質和反物質可以共同存在于宇宙空間中。這個問題猶如一扇通往宇宙終奧秘的大門，門的背后或許就隱藏著“上帝的秘密”。物理學家們設想了一個“純潔”的宇宙：這個構想出來的宇宙中，所有的物理定律在宇宙中任何一個地方都能適用，具有*的普適性。宇宙中粒子和反粒子的行為也同樣按照相同的方式進行運動。
然而，近些年的粒子物理實驗中發現，在物質和反物質的衰變中，K介子和B介子表現出顯著的差異性。這就是被稱為“電荷宇稱不守恒”的一個證據，這個證據的發現對粒子物理學家而言，應該是個有些“尷尬”的現象，因為在弱相互作用下宇稱不守恒的觀點被提出后，物理學家由此推理出“電荷宇稱守恒“（CP守恒）的觀點，但是這個觀點不能解釋我們宇宙中物質為什么會存在的問題。也就是說，理論上宇宙誕生后產生的是相同的物質和反物質，我們也知道物質和反物質相遇會湮滅，如果按此推演，就不會有當前宇宙中的一切了。
英國華威大學物理學系的Mark Hadley博士相信其找到了一種可經得起檢驗的關于電荷宇稱不守恒的證據，該證據不僅能保持宇稱的奇偶性，而且還能使得電荷宇稱不守恒的理論可以合理地解釋在宇宙誕生之后物質與反物質之間的問題。
Hadley博士的論文已經發表在EPL（歐洲物理學快報）上，主要介紹了對于CP破壞（CP對稱被破壞了）的一種源頭，這個源頭與克爾度量的不對稱有關。其同時也認為：研究人員忽視了一個重要的效應，即我們星系的旋轉對亞原子粒子的衰減會產生重大影響。
根據粒子物理學的觀點，我們的宇宙在根本意義上就是不對稱的，而且在弱相互作用中，有一個明顯的左和右的不對稱性，也有一個更小的CP對稱破壞存在于K介子系統中。以上觀點已經被體現在現有的粒子物理實驗中，但是沒有任何的解釋。其中的一個可能的原因就是：我們銀河系的自轉的效應造成了我們時空的扭曲，這種扭曲程度足以影響到對實驗結果的評定。而如果時空扭曲足以影響實驗結果，那么可不可以在一定程度上認為我們的宇宙從根本上說是對稱的呢。對于這個較為“奇異”的預測，歐洲核子研究中心已經在收集相關的數據，以證明星系的自轉對結果的影響有多少。
對于星系自轉所產生的效應，這是一個較為容易被忽視的問題。因為我們一直以來都是處于地球和太陽的引力場中，這是直接的感受，對于整個銀河系在某個方面對我們人類造成的影響還不是那么顯著。而Hadley博士則認為整個星系產生的引力場將使得星系內部的時空產生扭曲，這種扭曲自然也包括太陽系在內，而這個時空扭曲效應的影響將是不容忽視的。如此巨大質量的星系自轉所具有的速度和角動量拖拽著星系內部的時空，造成時空的形狀的變形以及時間的膨脹效應。
而整個星系的旋轉對我們地球周圍的時空所產生的效應比地球本身的自轉要強100萬倍。當CP破壞在B介子衰變中被觀察到時，這是一個較為關鍵的現象，其有助于解釋在相同粒子物質與反物質的分裂基于不同的衰變率。但是，奇怪的是：即使研究人員觀察到衰變中出現的較大的差異，但把這些各個衰變率進行相加時，研究人員又能得到一個與在相同粒子中物質與反物質分裂條件下相同的值。
據Hadley博士介紹：我們銀河系的自轉對時空的“拖拽”效應理論可以解釋關于觀測的一切問題。在相同粒子物質與反物質分裂中，他們不僅可以在鏡像上對稱，在其他的結構上也將保持對稱。對于那些粒子衰變而言，這個觀點并不是*不合理的，這個衰變的機制可能開始于“鏡像”時刻，然而，銀河系的自轉所產生的“拖拽”效應是顯著的，造成的時空扭曲足以引起每個粒子結構的不同，使其經歷不同的時間膨脹效應，而這正是衰變以不同方式進行的原因。
這就是說，在每個粒子進行衰變時，時空扭曲所造成的不同時間膨脹所帶來的整體效應必須被考慮，CP破壞的消失和對稱守恒也應該與此相關。這個理論的另一個亮點是其能被得到檢驗，其所預測的現象也能進行相關的測試。在歐洲核子研究中心，已經收集到了大規模的數據陣列，顯示出在衰變的過程中，CP破壞是存在的，同時還能檢驗出星系的自轉所產生的“拖拽”效應對其的影響。
粒子物理學家正在考證類似銀河系這樣巨大的星系對實驗中所觀察到CP破壞有著多大的影響。同時，其也為那些理論家們提供打開了一扇大門：將CP破壞作為一個非常有用的工具以解釋在我們的宇宙誕生之初物質與反物質是如何進行分離的，如何形成我們所看到的物質宇宙。而事實上，由銀河系旋轉所產生的時空拖拽和時間膨脹效應對粒子實驗的影響將是不容忽視的。而在極早期的宇宙中，可能存在足夠的質量和旋轉以產生時空拖拽，這個效應對物質與反物質的分布將產生顯著的影響。
